Τι είναι τα σωματίδια Alpha, Beta & Gamma;

Ακτίνες άλφα, βήτα, γάμμα: Ακούγεται σχεδόν σαν το σύμβολο μιας ταινίας παλιού σχολείου για τους εξωγήινους από το διάστημα, που έφτασαν πρόσφατα στη Γη με τα gadgets εξαιρετικά υψηλής τεχνολογίας τους (και ελπίζουμε ότι είναι μια ζεστή διάθεση). Στην πραγματικότητα, αυτό δεν είναι πολύ μακριά. Η ακτινοβολία άλφα, βήτα και γάμμα είναι όλες πραγματικές οντότητες στον κόσμο της φυσικής και αξίζει να αποφύγετε όταν μπορείτε να τη διαχειριστείτε.

Πιθανότατα γνωρίζετε ότι διαφορετικά είδη ατόμων μπορούν να ενωθούν μέσω της διαδικασίας χημικής σύνδεσης για να δημιουργήσουν μόρια. Για παράδειγμα, δύο άτομα υδρογόνου (Η στον περιοδικό πίνακα στοιχείων) και ένα άτομο οξυγόνου (Ο) μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν ένα μόριο νερού (Η₂Ο). Αυτό το μόριο μπορεί να διασπάται στα ιόντα H + και OH– σπάζοντας έναν από τους δεσμούς Ο-Η.

Στους χημικούς δεσμούς, ηλεκτρόνια διαφορετικών ατόμων αλληλεπιδρούν, αλλά οι πυρήνες τους (ο πλήθος του πυρήνα) παραμένουν άθικτοι. Αυτό συμβαίνει επειδή η δύναμη που συγκρατεί τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι εξαιρετικά ισχυρή σε σύγκριση με τις ηλεκτροστατικές δυνάμεις που βασίζονται στη χημική σύνδεση μεταξύ των ατόμων.

Ωστόσο, οι ατομικοί πυρήνες αποσυντίθενται, συνήθως αυθόρμητα και συχνά με απίστευτα χαμηλό ρυθμό, ανάλογα με το τι είναι το στοιχείο. Αυτή η ραδιενέργεια έρχεται στις τρεις βασικές γεύσεις που εισήχθησαν στην πρώτη πρόταση αυτού του άρθρου: Άλφα, beta και ακτινοβολία γάμμα, επίσης λέγεται άλφα, beta και σωματίδια γάμμα (εκτός, τεχνικά, σε τελευταία περίπτωση).

Το άτομο περιγράφηκε κάποτε κάπως παρορμητικά ως "το μικρότερο αδιαίρετο πράγμα" ακόμη και από ανθρώπους που γνωρίζουν. Αυτός ο ορισμός ισχύει με ορισμένους τρόπους: Πάρτε οποιοδήποτε μεμονωμένο στοιχείο ή ουσία φτιαγμένο από ένα μόνο μη αναρρίψιμο συστατικό και το άτομο είναι η μικρότερη ολόκληρη μονάδα αυτής της ουσίας. Υπάρχουν 118 στοιχεία στον περιοδικό πίνακα από το 2020, 92 από τα οποία υπάρχουν φυσικά.

Τα άτομα αποτελούνται από έναν πυρήνα, ο οποίος έχει ένα ή περισσότερα πρωτόνια και, εκτός από το υδρογόνο (το μικρότερο στοιχείο), τουλάχιστον ένα νετρόνιο. Έχουν επίσης ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια, που βρίσκονται σε κάποια απόσταση από τον πυρήνα σε συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας.

Τα πρωτόνια φορτίζονται θετικά και τα ηλεκτρόνια αρνητικά φορτίζονται, με το μέγεθος του φορτίου το ίδιο σε κάθε ένα. Δεδομένου ότι ένα άτομο στην κατάσταση του εδάφους έχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων με τα ηλεκτρόνια, τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερο εκτός αν ιονιστεί (δηλαδή, ο αριθμός ηλεκτρονίων τους αλλάζει).

Ο αριθμός πρωτονίου ενός ατόμου είναι ο ατομικός του αριθμός στον περιοδικό πίνακα και καθορίζει την ταυτότητα (όνομα) του στοιχείου. Μερικά άτομα μπορούν να κερδίσουν ή να χάσουν νετρόνια ενώ συνεχίζουν να υπάρχουν ευτυχώς, αλλά εάν ένας πυρήνας χάνει ή κερδίσει ένα πρωτόνιο Αντίθετα, είναι ένα παιχνίδι αλλαγής, γιατί τώρα ό, τι κι αν ήταν το στοιχείο έχει ένα ολοκαίνουργιο όνομα και νέα χαρακτηριστικά το.

Η δύναμη που συγκρατεί τα πρωτόνια και τα νετρόνια, ονομάζεται, ισχυρή πυρηνική δύναμη. Οι πυρήνες των ατόμων μπορούν να θεωρηθούν, με μια έννοια, ότι βρίσκονται στο κέντρο όλης της ύλης, τόσο ακραίες Η σταθερότητα έχει νόημα σε έναν κόσμο γεμάτο οργανισμό και ικανό να διατηρήσει τη ζωή σε τουλάχιστον έναν ταπεινό πλανήτης.

Όμως οι πυρήνες δεν είναι απόλυτα σταθεροί και με την πάροδο του χρόνου αποσυντίθενται, εκπέμποντας σωματίδια και ενέργεια. Κάθε στοιχείο που υφίσταται ραδιενεργή διάσπαση, ή πιο συγκεκριμένα το ισότοπο του στοιχείου που μελετάται, έχει τη δική του χαρακτηριστική ημιζωή, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει πόσους πυρήνες θα αποσυντεθούν με την πάροδο του χρόνου, ενώ δεν θα προσφέρει πληροφορίες για κανέναν πυρήνα. Είναι έτσι παρόμοιο με έναν κίνδυνο, ουσιαστικά μια στατιστική πιθανότητας.

Ο χρόνος ημίσειας ζωής ενός ραδιενεργού είδους είναι ο χρόνος που απαιτείται για τους μισούς ασταθούς πυρήνες σε ένα δείγμα να αποσυντεθεί σε διαφορετική μορφή. Αυτός ο αριθμός μπορεί να φτάσει πολύ υψηλά, στα δισεκατομμύρια χρόνια, αν και για τον άνθρακα-14 είναι περίπου 5.730 χρόνια (ένα χτύπημα στον γεωλογικό χρόνο, αν όχι στους ανθρώπινους πολιτισμούς).

Στα διάφορα είδη ραδιενεργών αποσύνθεσης δίδονται τα πρώτα τρία γράμματα του ελληνικού αλφαβήτου. Ετσι ακτινοβολία άλφα εκπέμπει ένα σωματίδιο που συχνά αντιπροσωπεύεται από μια πεζά έκδοση αυτής της επιστολής, α. Θα ήταν, ωστόσο, μη συμβατικό να γράφουμε «α-ακτινοβολία».

Αυτό το είδος σωματιδίων ισοδυναμεί με τον πυρήνα των ατόμων ηλίου (He). Το ήλιο είναι το δεύτερο στοιχείο στον περιοδικό πίνακα και με ατομική μάζα 4,00, έχει δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. Ολόκληρο το άτομο έχει επίσης δύο ηλεκτρόνια που εξισορροπούν το φορτίο των δύο πρωτονίων, αλλά αυτά δεν αποτελούν μέρος ενός σωματιδίου άλφα, μόνο τον πυρήνα.

Αυτά τα σωματίδια είναι τεράστια σε σχέση με άλλα είδη ακτινοβολίας. το σωματίδιο beta, για παράδειγμα, είναι περίπου 7.000 φορές μικρότερο. Αυτό στην επιφάνεια μπορεί να το κάνει να φαίνεται ιδιαίτερα επικίνδυνο, αλλά στην πραγματικότητα ισχύει το αντίθετο: Το Το μέγεθος των α-σωματιδίων σημαίνει ότι διεισδύουν σε πράγματα, συμπεριλαμβανομένων των βιολογικών φραγμών όπως το δέρμα πτωχώς.

Σωματίδια βήτα (β-σωματίδια) είναι στην πραγματικότητα απλά ηλεκτρόνια, αλλά διατηρούν το όνομά τους, επειδή η ανακάλυψή τους προηγείται της επίσημης ταυτοποίησης των ηλεκτρονίων ως τέτοια. Όταν ένα άτομο εκπέμπει ένα σωματίδιο βήτα, εκπέμπει επίσης ένα άλλο υποατομικό σωματίδιο ταυτόχρονα που ονομάζεται ηλεκτρονικό αντινετρίνο. Αυτό το σωματίδιο μοιράζεται την ορμή και την ενέργεια της εκπομπής σωματιδίων, αλλά δεν έχει σχεδόν καμία μάζα (ακόμη και σε σύγκριση με ένα ηλεκτρόνιο, το ίδιο μόνο περίπου 9,1 × 10^–31 kg σε μάζα).

Τα σωματίδια βήτα, που είναι πολύ μικρότερα από τα σωματίδια άλφα, μπορούν να διεισδύσουν βαθύτερα από τα πολύ πιο ογκώδη αντίστοιχα.

Ένας άλλος τύπος σωματιδίου βήτα είναι το θετικόν ηλεκτρόνιο, η οποία εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης των νετρονίων στον πυρήνα. Αυτά τα σωματίδια έχουν την ίδια μάζα με τα ηλεκτρόνια, αλλά έχουν το αντίθετο φορτίο (εξ ου και το όνομά τους).

Ακτίνες γάμμα, ή ακτίνες γ, αντιπροσωπεύουν το πιο επικίνδυνο αποτέλεσμα της ραδιενέργειας στον άνθρωπο. Είναι μαζικά επειδή δεν είναι καθόλου σωματίδια. Οι «ακτίνες» είναι στην πραγματικότητα σύντομες για τον γενικό όρο ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (EM ακτινοβολία), η οποία ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός (δηλώνεται c, ή 3 × 10⁸ m / s) και έρχεται σε μια ποικιλία συνδυασμών τιμών συχνότητας και μήκους κύματος των οποίων τα προϊόντα είναι γ.

Οι ακτίνες γάμμα έχουν πολύ μικρά μήκη κύματος και ως εκ τούτου πολύ υψηλή ενέργεια. Είναι παρόμοιες με τις ακτίνες Χ, εκτός του ότι οι ακτίνες Χ προέρχονται έξω από τον πυρήνα. Συνήθως περνούν από ανθρώπινα σώματα χωρίς να αγγίζουν τίποτα, αλλά επειδή είναι τόσο διεισδυτικά, απαιτείται μια ασπίδα μολύβδου πάχους δύο ιντσών για να διασφαλιστεί η διακοπή τους.

Τα σωματίδια άλφα μπορούν να αγνοηθούν με ασφάλεια, στο βαθμό που αυτό ισχύει για οτιδήποτε ταξινομείται ως ακτινοβολία. Μπορούν να ταξιδέψουν μόνο 4 έως 7 ίντσες (10 έως 17 cm) στον αέρα και η ενέργειά τους χάνεται όταν χτυπά τα πρωτόνια και τα νετρόνια οποιουδήποτε υλικού συναντούν, εμποδίζοντας τα να διεισδύσουν περαιτέρω.

Το μεγαλύτερο μέρος της βλάβης από σωματίδια βήτα προέρχεται από την κατάποση ή την κατάποση τους. (Αυτό μπορεί να ισχύει και για τα σωματίδια άλφα.) Η κατανάλωση ή η κατανάλωση ραδιενεργού υλικού είναι η κύρια πηγή βλάβης από αυτό το είδος ακτινοβολίας, αν και η παρατεταμένη έκθεση στο δέρμα μπορεί να προκαλέσει εγκαύματα.

Οι ακτίνες γάμμα μπορούν να περάσουν μέσα από τα σώματα χωρίς να χτυπήσουν τίποτα, αλλά δεν υπάρχει καμία διαβεβαίωση ότι πραγματικά θα το κάνουν, και μπορούν να ταξιδέψουν περίπου ένα μίλι στον αέρα. Επειδή μπορούν να διεισδύσουν σχεδόν σε οτιδήποτε εκτός από το ταξίδι σε μεγάλες αποστάσεις, μπορούν ζημιά σε όλα τα συστήματα του σώματος και η παρουσία τους σε περιβάλλοντα με ζώντα συστήματα πρέπει να είναι προσεκτικά παρακολουθείται.